Utvärdering av FDS för dieselbrand i slutet utrymme

Abstract

Saab Kockums AB has been tasked by the Swedish Armed Forces to develop a new submarine model named A26. This task poses many challenges, one of which being the design of the fire protection on the submarine. Few spaces are as closed to its surroundings as a submarine, and as consequence little research has been done to study FDS predictions of fire processes in these types of environments.

The following work aims to evaluate the use of FDS software in a closed space through validation, where experimental data from a diesel fire in a closed cistern is compared with calculations in FDS regarding temperature, relative pressure and incident radiation to a target. Thereafter, an evaluation of the fire model’s sensitivity to input parameters is made, which has been collected from available literature and preparatory lab work.

All calculated quantities have shown high sensitivity to the applied heat release rate in FDS, particularly FDS predictions of relative pressures. Overall, FDS calculations showed promising predictions of the quantities of interest in the studied domain compared to experiments.

Abstract (Swedish)

Saab Kockums AB har fått i uppdrag av Försvarsmakten att utveckla en ny ubåtsmodell vid namn A26, vilket innebär stora utmaningar för utformningen av brandskyddet. Eftersom det inte är praktiskt möjligt att utforma brandskyddet på en ubåt enbart efter allmänna råd är det nödvändigt att bevisa att funktionskraven kan uppnås med alternativ utformning. Ett verktyg som skulle kunna användas för detta ändamål är simuleringsprogrammet Fire Dynamics Simulator (FDS), vilken skulle kunna användas för simulering och utvärdering av olika brandförlopp ombord ubåten. Eftersom få utrymmen är så täta mot omgivningen som en ubåt saknas det kunskap om hur väl FDS kan prediktera brandförlopp i dessa slutna miljöer. Följande arbete syftar därför till att utvärdera FDS som simuleringsprogram för slutna utrymmen genom en validering där mätdata från experiment med dieselbrand i sluten cistern jämförs mot beräknade resultat i FDS avseende temperatur, relativt tryck och infallande strålning mot plattermoelement. Därefter följer en utvärdering av beräkningsmodellens känslighet för de ingående parametrarna, som är baserade både på litteratur och resultat från en förberedande laboration.

Resultatet tyder på att, för det aktuella brandscenariot, predikterar FDS temperaturen väl, med undantag för mätningar som gjorts högst upp i cisternen. Avseende FDS förmåga att prediktera det relativa trycket i cisternen dras inga slutsatser baserat på kvantitativa resultat på grund av tekniska problem med tryckavlastningsanordningen som användes i experimentet och tryckets höga känslighet mot ansatt effektutveckling i FDS. Däremot går det att kvalitativt konstatera att tryckkurvorna från experimentet och simuleringarna följer liknande trender och att tryckavlastningen öppnas vid 20 kPa i samtliga scenarion, vilket tyder på att det finns likheter. Den metod som användes för att bestämma infallande strålning mot plattermoelementet under experimentet visade sig vara väldigt osäker för kortvariga brandförlopp. Av denna anledning har dessa resultat inte jämförts mot beräkningar i FDS. Däremot har parameterkänsligheten för infallande strålning i FDS analyserats genom jämförelser av FDS simuleringar.

Samtliga kvantiteter som beräknats har varit mycket känsliga för den effektutveckling som ansatts i FDS. Vid justeringar av ansatt effektutveckling i FDS har det relativa trycket varit den parameter som varit mest känslig och temperatur den som varit minst känslig. Resultaten tyder på att det finns möjlighet att i framtiden använda FDS som ett analytiskt verktyg och mjukvara för att simulera bränder i slutna utrymmen. Det krävs dock mer forskning inom området för att säkerställa att FDS ger trovärdiga resultat.

• author: Andersson, Fredrik and Malmberg, Carl-Johan
• supervisor: Jonathan Wahlqvist
• organization: Division of Fire Safety Engineering
• alternative title: Evaluation of FDS for diesel fire in an enclosed space
• course: VBRM10 20192
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Validering, slutet utrymme, ubåt, Computational Fluid Dynamics, CFD, Fire Dynamics Simulator, FDS, dieselbrand, pölbrand, validation, closed space, enclosed space, submarine, diesel fire, pool fire
• publication/series: LUTVDG/TVBB
• report number: 5606
• other publication id: LUTVDG/TVBB--5606--SE
• language: Swedish
• id: 9004717
• date added to LUP: 2020-02-14 13:35:57
• date last changed: 2020-02-14 13:35:57